沉井与墩基础设计计算及施工要点.ppt

1、沉井与墩基础设计沉井与墩基础设计计算及施工要点计算及施工要点1内容提要内容提要 概述概述 沉井的类型与基本构造沉井的类型与基本构造 沉井的施工沉井的施工 沉井的设计与计算沉井的设计与计算对沉井设计理论的讨论对沉井设计理论的讨论墩基础的类型与特点墩基础的类型与特点墩基础的承载力与变形墩基础的承载力与变形墩基础设计要点墩基础设计要点墩基础施工要点墩基础施工要点墩基工程质量检测墩基工程质量检测28.1 8.1 概述概述n 沉井沉井以现场浇注、挖土下沉方式设入地基中的深基础以现场浇注、挖土下沉方式设入地基中的深基础n墩基础墩基础在地基中钻孔或钻井灌注混凝土而形成的短粗型深基在地基中钻孔或钻井灌注混凝土

2、而形成的短粗型深基础础3n沉井沉井断面尺寸大、承载力很高，多做为大、重型结构物的基础断面尺寸大、承载力很高，多做为大、重型结构物的基础在桥梁、水闸、港工等工程中应用广泛在桥梁、水闸、港工等工程中应用广泛施工方便，对临近建筑物影响小，内部空间可利用施工方便，对临近建筑物影响小，内部空间可利用是工业地基尤其是软土中地下建筑物的主要地基类型之一是工业地基尤其是软土中地下建筑物的主要地基类型之一4n墩基础墩基础是一类短而粗的深基础是一类短而粗的深基础外形和工作方法同桩相似，与桩的定义界限不明显外形和工作方法同桩相似，与桩的定义界限不明显断面尺寸较大，墩身较短，体积巨大，一般不采用打入、断面尺寸较大，墩

3、身较短，体积巨大，一般不采用打入、压入方法，只能采用灌注、砌筑方法压入方法，只能采用灌注、砌筑方法在桥梁和建筑工程中广泛应用，尤其是在高层建筑及重型在桥梁和建筑工程中广泛应用，尤其是在高层建筑及重型构筑物设计中，单墩支持单柱的方案越来越多构筑物设计中，单墩支持单柱的方案越来越多断面尺寸：断面尺寸：0.82.0m，可达到，可达到6m；深度：；深度：620m，长径，长径比不大于比不大于305n墩基础墩基础支撑在较硬的土层或岩层上，墩的底部可做成扩底墩支撑在较硬的土层或岩层上，墩的底部可做成扩底墩水平承载能力和抗拔能力比单桩好水平承载能力和抗拔能力比单桩好用墩基础代替群桩基础，可避免复杂的设计施工方

4、法，用墩基础代替群桩基础，可避免复杂的设计施工方法，节省占地面积，取得明显的经济效益节省占地面积，取得明显的经济效益在港口码头、公路及铁路桥梁、海洋钻井平台、堤坝与在港口码头、公路及铁路桥梁、海洋钻井平台、堤坝与岸坡及高层建筑中应用广泛岸坡及高层建筑中应用广泛体型大、承载能力高，使得墩常以单独或小组方法工作，体型大、承载能力高，使得墩常以单独或小组方法工作，并承担较大的风险，故设计、施工、监测的要求高并承担较大的风险，故设计、施工、监测的要求高6n墩基础与桩基础的区别墩基础与桩基础的区别桩是细长的地下结构，墩的断面尺寸较大，长细比较小桩是细长的地下结构，墩的断面尺寸较大，长细比较小墩不能以打入

5、或压入法施工墩不能以打入或压入法施工墩往往单独承担荷载，且承载力比桩高得多墩往往单独承担荷载，且承载力比桩高得多墩的荷载分担与传递机理与桩有所不同墩的荷载分担与传递机理与桩有所不同7n墩基础与沉井基础的区别墩基础与沉井基础的区别沉井自身结构不同于实心的墩沉井自身结构不同于实心的墩沉井的外形轮廓尺寸比墩大很多沉井的外形轮廓尺寸比墩大很多沉井的承载能力比墩高沉井的承载能力比墩高施工方法不同施工方法不同8n 沉井：沉井：带刃脚的井筒状构造物，带刃脚的井筒状构造物，用人工或机械方法清除井内土石，用人工或机械方法清除井内土石，主要借自重克服井壁与土层摩阻，主要借自重克服井壁与土层摩阻，逐节下沉至基底设计

6、标高的基础。逐节下沉至基底设计标高的基础。图图图图8.1 8.1 8.1 8.1 沉井基础示意沉井基础示意沉井基础示意沉井基础示意8.2 8.2 沉井的类型及基本构造沉井的类型及基本构造9沉井10 特点特点 下基深，下基深，hmax=220m，适用于深水，整体性强，适用于深水，整体性强，稳定性好，承载力大稳定性好，承载力大 造价高，施工期长，不排水施工时难于克服刃脚下造价高，施工期长，不排水施工时难于克服刃脚下孤石、沉船、树干等障碍物，易发生流砂现象孤石、沉船、树干等障碍物，易发生流砂现象 适用条件适用条件 上部荷载较大上部荷载较大 在山区河流中冲刷大在山区河流中冲刷大 河水较深，采用扩大基础

7、施工围堰有困难河水较深，采用扩大基础施工围堰有困难n沉井的作用及适用条件沉井的作用及适用条件沉井的作用及适用条件沉井的作用及适用条件 11n 按沉井横截面形状分类按沉井横截面形状分类单孔沉井、单排孔沉井、多排孔沉井单孔沉井、单排孔沉井、多排孔沉井n按沉井竖直截面形状分类按沉井竖直截面形状分类柱形沉井、阶梯形沉井、锥形沉井柱形沉井、阶梯形沉井、锥形沉井n下沉方式下沉方式就地制造下沉沉井就地制造下沉沉井(一般沉井一般沉井)、浮运沉井、浮运沉井 n制作材料制作材料砼沉井，钢筋砼沉井，竹筋沉井砼沉井，钢筋砼沉井，竹筋沉井(南昌赣江大桥、白沙南昌赣江大桥、白沙沱长江大桥沱长江大桥)，钢，钢,砖石砖石,木

8、木 8.2.1 8.2.1 沉井的类型沉井的类型12n 按沉井的横截面形状分类按沉井的横截面形状分类 单孔沉井单孔沉井:圆形、正方形及矩形。圆形、正方形及矩形。力求简单对称，利力求简单对称，利于受力，便于施工于受力，便于施工 单排孔沉井：单排孔沉井：有两个或两个以上的井孔，各孔以内隔有两个或两个以上的井孔，各孔以内隔墙分开并在同一方向排布，矩形、长圆形及组合形状墙分开并在同一方向排布，矩形、长圆形及组合形状 多排孔沉井：多排孔沉井：沉井内部设置数道纵横交叉的内隔墙沉井内部设置数道纵横交叉的内隔墙图图8.2 8.2 沉井的平面形式沉井的平面形式 13n 按沉井竖直截面形状分类按沉井竖直截面形状分

9、类 柱形沉井：柱形沉井：下沉过程不易倾斜、井壁接长简单，模板反下沉过程不易倾斜、井壁接长简单，模板反复利用复利用 阶梯形沉井阶梯形沉井:下沉阻力小，刃脚处的台阶高度一般为下沉阻力小，刃脚处的台阶高度一般为12m，阶梯宽度为，阶梯宽度为1020cm锥形沉井：锥形沉井：带斜坡，坡比一般为带斜坡，坡比一般为1/201/50，下沉阻力小，下沉阻力小，下沉不稳，制作较困难下沉不稳，制作较困难图图8.3 8.3 沉井的竖向剖面图沉井的竖向剖面图柱形柱形阶梯形阶梯形锥形锥形148.2.2 8.2.2 沉井基础的构造沉井基础的构造n 沉井组成沉井组成 井壁井壁 刃脚刃脚 内隔墙内隔墙 井孔井孔 凹槽凹槽 封底

10、封底 盖板盖板 图图8.4 8.4 沉沉 井井 的的 一一 般般 构构 造造15a)a)柱形柱形;b);b)阶梯形阶梯形;c);c)阶梯形阶梯形;d);d)锥形锥形 一般：厚一般：厚0.81.5m，每节高，每节高5m，砼强度等级，砼强度等级C15。例：湘江大桥例：湘江大桥(一桥一桥)8#墩，上节厚墩，上节厚2.6m，下节，下节3.0m，22125m，下沉，下沉12.6m图图8.4 8.4 沉井立面形状沉井立面形状n 井壁井壁:沉井主要部分，下沉过程起挡土、挡水及压重作沉井主要部分，下沉过程起挡土、挡水及压重作用，为深基础的护壁和建筑物的基础。用，为深基础的护壁和建筑物的基础。16n 刃脚：刃脚

11、：井壁下端井壁下端楔状部分，利于切楔状部分，利于切入土中加速下沉入土中加速下沉 一般底面一般底面(踏面踏面)厚不厚不大于大于15 cm，以型钢加强，以型钢加强，高高1m以上，砼强度等级以上，砼强度等级C20图图8.5 8.5 刃脚构造示意刃脚构造示意17n 内隔墙：内隔墙：加强沉井整体刚度，施工时井孔作为取土井，加强沉井整体刚度，施工时井孔作为取土井，以便在沉井下沉时掌握土位置控制下沉方向，防止或纠正沉以便在沉井下沉时掌握土位置控制下沉方向，防止或纠正沉井倾斜或偏移。井倾斜或偏移。内隔墙的间距一般内隔墙的间距一般不大于不大于56m，厚度，厚度一般为一般为0.51.0m 一般要求隔墙底高一般要求

12、隔墙底高出刃脚底面出刃脚底面0.51.0m 图图8.6 8.6 隔墙构造示意隔墙构造示意18n 井孔：井孔：挖土排土的工作场所和通道挖土排土的工作场所和通道 位置：位置：取土井的平面布置应与中轴线对称，以利取土井的平面布置应与中轴线对称，以利于沉井均匀下沉于沉井均匀下沉 大小：大小：由取土方法而定，采用挖土斗取土时，应由取土方法而定，采用挖土斗取土时，应能使挖土斗自由升降，一般宽度能使挖土斗自由升降，一般宽度3m，对称布置，对称布置 1920 n 凹槽：凹槽：使封底砼和井壁结合良好使封底砼和井壁结合良好 深约深约0.15-0.30m，高约，高约1.0m，距刃脚底面一般在，距刃脚底面一般在1.5

13、m以上以上图图8.7 8.7 凹槽构造示意凹槽构造示意20n封底和盖板封底和盖板 封底厚由计算确定，顶面突出刃脚根部不小于封底厚由计算确定，顶面突出刃脚根部不小于0.5m，并达凹槽上端，砼强度一般地基并达凹槽上端，砼强度一般地基C20，岩石地基，岩石地基C15。盖板厚一般盖板厚一般1.52.0m，井孔充填砼时砼应，井孔充填砼时砼应C10。顶盖厚度一般为顶盖厚度一般为1.52.0m。沉井顶部浇注钢筋砼顶盖，。沉井顶部浇注钢筋砼顶盖，承托上部结构。承托上部结构。图图8.9 8.9 封底和盖板示意封底和盖板示意218.3 8.3 沉井的施工沉井的施工 n旱地沉井施工：旱地沉井施工：平整场地，制造第一

14、节沉井、拆平整场地，制造第一节沉井、拆模及抽垫、挖土下沉、接高沉井、井顶围堰、地基模及抽垫、挖土下沉、接高沉井、井顶围堰、地基检验和处理、封底、充填井孔、浇筑顶盖。检验和处理、封底、充填井孔、浇筑顶盖。n水上筑岛：水上筑岛：水流速不大，水深水流速不大，水深34m时采用，砂时采用，砂岛应高出施工最高水位岛应高出施工最高水位0.5m以上，在岛上浇筑沉井。以上，在岛上浇筑沉井。n浮运沉井：浮运沉井：水深筑岛困难时采用，岸边制作，滑水深筑岛困难时采用，岸边制作，滑入水中，井壁为空体可浮于水面，就位后灌注砼下入水中，井壁为空体可浮于水面，就位后灌注砼下沉至河床。沉至河床。228.3.1 8.3.1 沉前

15、准备沉前准备 铺垫木铺垫木（枕木、方木）（枕木、方木）立模板绑钢筋立模板绑钢筋 注混凝土、养护注混凝土、养护 土内模制造沉井刃脚土内模制造沉井刃脚n 清理场地清理场地n 制造第一节沉井制造第一节沉井图图8.11 8.11 制造第一节沉井实例制造第一节沉井实例图图8.10 8.10 基坑砂垫层剖面图基坑砂垫层剖面图23首节沉井制作24首节沉井制作25第二节沉井的制作26沉井下沉中27沉井隔墙钢筋的绑扎28n 拆模及抽垫拆模及抽垫 拆模顺序：拆模顺序：井孔模板、外侧模板、隔墙支撑及模板、井孔模板、外侧模板、隔墙支撑及模板、刃脚面支撑及模板刃脚面支撑及模板 抽垫顺序：抽垫顺序：内壁、短边及长边下对称

16、同步。长边下隔内壁、短边及长边下对称同步。长边下隔1根撤根撤1根，最后以定位桩为中心由远而近对称撤除根，最后以定位桩为中心由远而近对称撤除 图图8.11 8.11 沉井垫木沉井垫木 （a a）圆形沉井垫木；（）圆形沉井垫木；（b b）矩形沉井垫木）矩形沉井垫木29n 取土下沉取土下沉8.3.2 8.3.2 取土下沉取土下沉图图8.12 8.12 除除 土土 下下 沉沉 示示 意意30n排水下沉排水下沉 当沉井穿过的土层较稳定，不会因排水而产生大量当沉井穿过的土层较稳定，不会因排水而产生大量流砂时，可采用排水下沉。流砂时，可采用排水下沉。8.3.2 8.3.2 取土下沉取土下沉 图图8.12 8

17、.12 排水下沉排水下沉 挖土和取土方法挖土和取土方法土质为砂土或软黏土时，用土质为砂土或软黏土时，用水力机械施工水力机械施工砂、卵石层或硬黏土层时，砂、卵石层或硬黏土层时，采用抓主斗出土采用抓主斗出土31n不排水下沉不排水下沉 当上层不稳定、地下水涌水量很大，为防止因内当上层不稳定、地下水涌水量很大，为防止因内排水而产生流砂等不利现象，需用不排水下沉。排水而产生流砂等不利现象，需用不排水下沉。8.3.2 8.3.2 取土下沉取土下沉 图图8.13 8.13 不排水下沉不排水下沉 挖土和取土方法挖土和取土方法使用机械抓主斗，或用高压使用机械抓主斗，或用高压水枪破土，然后用空气或吸水枪破土，然后

18、用空气或吸泥机将泥水排出。泥机将泥水排出。32n泥浆套下沉法泥浆套下沉法 泥浆套下沉法是在井壁与土层之间设一层触泥浆套下沉法是在井壁与土层之间设一层触变泥浆，靠泥浆的润滑作用大大减少土对井的阻变泥浆，靠泥浆的润滑作用大大减少土对井的阻力，使沉井又快又稳地下沉。力，使沉井又快又稳地下沉。8.3.2 8.3.2 取土下沉取土下沉338.3.3 8.3.3 接筑沉井接筑沉井 第一节沉井顶面下沉至距地面还剩第一节沉井顶面下沉至距地面还剩1m1m2m2m时，应时，应停止挖土，接筑第二节沉井。停止挖土，接筑第二节沉井。接筑前应使第一节沉井位置正直，凿毛顶面，然接筑前应使第一节沉井位置正直，凿毛顶面，然后立

19、模浇筑混凝土。后立模浇筑混凝土。待混凝土强度达设计要求后，再拆模继续挖土下待混凝土强度达设计要求后，再拆模继续挖土下沉。沉。每次浇注的最大高度不宜超过每次浇注的最大高度不宜超过5m5m。对称、均匀地浇注，以防倾斜。对称、均匀地浇注，以防倾斜。348.3.4 8.3.4 沉井封底沉井封底 达到设计标高后，停止挖土，准备封底达到设计标高后，停止挖土，准备封底优先考虑干封，其成本低，施工快，易保证质量优先考虑干封，其成本低，施工快，易保证质量封底一般采用素混凝土封底一般采用素混凝土 要确保封底质量，封底要预留集水井要确保封底质量，封底要预留集水井集水井用于当封底混凝土未达到设计强度时连续集水井用于当

20、封底混凝土未达到设计强度时连续抽水，待封底达到强度要求后将其封死抽水，待封底达到强度要求后将其封死水下封底应特别注意保证混凝土浇注质量，厚度水下封底应特别注意保证混凝土浇注质量，厚度应按施工中最不利情况由素砼强度及沉井抗浮要求应按施工中最不利情况由素砼强度及沉井抗浮要求计算确定。计算确定。35n 浮运沉井浮运沉井水深筑岛困难时采用，岸边制作，滑入水中，井水深筑岛困难时采用，岸边制作，滑入水中，井壁为空体浮于水面，就位后灌注砼下沉至河床。壁为空体浮于水面，就位后灌注砼下沉至河床。图图8.13 8.13 浮运沉井施工示意图浮运沉井施工示意图36n 浮式沉井：浮式沉井：双壁钢壳双壁钢壳直径直径21.

21、421.4米米 净高净高13.613.6米米 378.3.5 8.3.5 沉井下沉所遇问题及处理沉井下沉所遇问题及处理 n偏斜偏斜：沉井偏斜大多发生在下沉不深时，导致偏斜原因沉井偏斜大多发生在下沉不深时，导致偏斜原因有多种；有多种；纠偏方法纠偏方法有：除土、压重、顶部施加水平力有：除土、压重、顶部施加水平力 n难沉难沉：即沉井下沉过慢或停沉；原因（侧阻过大、踏面即沉井下沉过慢或停沉；原因（侧阻过大、踏面过大、孤石树根等）；过大、孤石树根等）；解决方法解决方法（射水、加重井壁、减小（射水、加重井壁、减小踏面、小型爆破）踏面、小型爆破）n突沉突沉：沉井产生较大的倾斜或超沉，突沉常发生于软土沉井产生

22、较大的倾斜或超沉，突沉常发生于软土地区；地区；主要原因主要原因是井壁侧阻较小是井壁侧阻较小 n流砂流砂：在粉、细砂层中下沉沉井，易出现流砂现象；主在粉、细砂层中下沉沉井，易出现流砂现象；主要原因是土中动水压力的水头梯度大于临界值；要原因是土中动水压力的水头梯度大于临界值；防治措施防治措施有：采用井点降水及不排水除土，或向井内回灌水有：采用井点降水及不排水除土，或向井内回灌水38沉井偏斜39n 主要内容：主要内容：沉井尺寸的确定沉井尺寸的确定 沉井作为天然地基上基础的计算沉井作为天然地基上基础的计算 沉井自重的验算沉井自重的验算 第一节井壁在自重作用下应力验算第一节井壁在自重作用下应力验算 刃脚

23、验算刃脚验算 沉井井壁计算沉井井壁计算 沉井封底混凝土的计算沉井封底混凝土的计算 沉井抗浮验算沉井抗浮验算8.4 沉井的设计与计算沉井的设计与计算 40 沉井高度沉井高度 沉井底面标高，主要根据上部荷载、水文地质沉井底面标高，主要根据上部荷载、水文地质条件及各土层的承载力等确定。条件及各土层的承载力等确定。沉井作为基础，其顶面应埋入地面沉井作为基础，其顶面应埋入地面0.2m或地下或地下水位以上水位以上0.5m。8.4.1 8.4.1 沉井尺寸的确定沉井尺寸的确定n 沉井尺寸的确定沉井尺寸的确定41沉井平面形状和尺寸沉井平面形状和尺寸 沉井平面形状应根据上部建筑物的平面形状决定。沉井平面形状应根

24、据上部建筑物的平面形状决定。为取土方便，取土井宽度为取土方便，取土井宽度 2.5m，沿沉井中心线布置，沿沉井中心线布置为防止下沉过程中少许偏斜对建筑物影响，要求留襟为防止下沉过程中少许偏斜对建筑物影响，要求留襟边，其宽度边，其宽度 下沉总深度的下沉总深度的2%，且不得小于，且不得小于20cm。上部建筑底部长宽尺寸为上部建筑底部长宽尺寸为A0、B0，沉井下下沉高度为，沉井下下沉高度为h0，沉井顶，沉井顶面尺寸为面尺寸为 A=A0+2（0.020.04)h0或或A0+20cm B=B0+2（0.020.04)h0或或B0+20cm井壁厚度一般为井壁厚度一般为0.71.5m，内隔墙厚度为，内隔墙厚度

25、为0.5m左右左右8.4.1 8.4.1 沉井尺寸的确定沉井尺寸的确定42 地基强度：地基强度：沉井作为深基础时，一般要求下沉沉井作为深基础时，一般要求下沉至坚实土层或岩层上，且地基强度须满足：至坚实土层或岩层上，且地基强度须满足：F作用于沉井顶面处荷载作用于沉井顶面处荷载 G沉井自重沉井自重 Rf井侧总摩阻力井侧总摩阻力 Rj沉井底部地基土的总反力沉井底部地基土的总反力 Rj=fa A(fa为基底土承载力特征值为基底土承载力特征值)F+G Rj+Rf n 沉井作为天然地基基础计算沉井作为天然地基基础计算式中：式中：8.4.2 沉井作为天然地基上基础的计算沉井作为天然地基上基础的计算 43础

26、井侧总摩阻力井侧总摩阻力Rf：可假定井侧总摩阻力可假定井侧总摩阻力R Rf f沿深度成沿深度成梯形分布，距地面梯形分布，距地面5m5m范围内按三角形分布，范围内按三角形分布，5m5m以下为以下为常数，故总摩阻力为常数，故总摩阻力为Rf U(h2.5)q U沉井周长沉井周长 q单位面积摩阻力单位面积摩阻力加权平均值。加权平均值。图图8.15 8.15 井壁摩阻力分布假设井壁摩阻力分布假设8.4.2 沉井作为天然地基上基础的计算沉井作为天然地基上基础的计算 448.4.3 沉井自重验算沉井自重验算 确定沉井的外形尺寸和壁厚时，应保证沉井在各种施工确定沉井的外形尺寸和壁厚时，应保证沉井在各种施工阶段

27、能克服四壁摩阻力阶段能克服四壁摩阻力Rf而顺利下沉，即而顺利下沉，即 G各种施工阶段沉井的自重；各种施工阶段沉井的自重；Rf沉井井壁土的摩阻力。沉井井壁土的摩阻力。为保证沉井在施工时能顺利下沉到设计标高，需要验算为保证沉井在施工时能顺利下沉到设计标高，需要验算沉井自重是否满足下沉要求，用下沉系数沉井自重是否满足下沉要求，用下沉系数K表示表示45在抽出垫木及挖土可能有不均匀等不利条件下，第一节在抽出垫木及挖土可能有不均匀等不利条件下，第一节井壁在自重作用下应按单支点、简支梁等验算井壁强度。井壁在自重作用下应按单支点、简支梁等验算井壁强度。8.4.4 8.4.4 第一节井壁在自重作用下应力的计算第

28、一节井壁在自重作用下应力的计算 开始下沉开始下沉 不排水取土下沉不排水取土下沉图图图图8.19 8.19 8.19 8.19 底节沉井支点布置示意底节沉井支点布置示意底节沉井支点布置示意底节沉井支点布置示意 圆形沉井圆形沉井 按支撑在相互垂直直径的四个点验算，不排水下沉时，按支撑在相互垂直直径的四个点验算，不排水下沉时，可能遇到障碍物，按直径两端支点下沉可能遇到障碍物，按直径两端支点下沉46考虑下两种最不利情况：考虑下两种最不利情况：刃脚外挠：刃脚外挠：刃脚内侧入土刃脚内侧入土1m1m，并刚接筑完上节沉井，井顶，并刚接筑完上节沉井，井顶露出地面或水平面约一节沉井露出地面或水平面约一节沉井高度时

29、处于最不利位置。此时高度时处于最不利位置。此时因自重作用，产生向外挠曲。因自重作用，产生向外挠曲。刃脚内挠：刃脚内挠：沉井下沉至接近沉井下沉至接近设计标高，刃脚下土已掏空，设计标高，刃脚下土已掏空，沉井自重全部由外侧摩阻力承沉井自重全部由外侧摩阻力承担。此时在外侧水、土压力作担。此时在外侧水、土压力作用下，使刃脚产生向内挠曲。用下，使刃脚产生向内挠曲。n 刃脚竖向内力计算刃脚竖向内力计算图图图图8.20 8.20 8.20 8.20 刃脚向外绕曲受力示意图刃脚向外绕曲受力示意图刃脚向外绕曲受力示意图刃脚向外绕曲受力示意图图图图图8.21 8.21 8.21 8.21 刃脚向内绕曲受力示意图刃脚

30、向内绕曲受力示意图刃脚向内绕曲受力示意图刃脚向内绕曲受力示意图8.4.5 8.4.5 刃脚计算刃脚计算47计算土压力和水压力计算土压力和水压力总的土压力总的土压力n 刃脚外挠刃脚外挠图图图图8.22 8.22 8.22 8.22 刃脚受力图刃脚受力图刃脚受力图刃脚受力图8.4.5 8.4.5 刃脚计算刃脚计算土压力作用点到刃脚底面的土压力作用点到刃脚底面的距离为距离为计算水压力计算水压力总水压力总水压力水压力作用点到刃脚底面的水压力作用点到刃脚底面的距离为距离为48计算井壁侧的摩擦力计算井壁侧的摩擦力按以下两个公式取较小值按以下两个公式取较小值n 刃脚外挠刃脚外挠图图图图8.23 8.23 8

31、.23 8.23 井壁摩擦力井壁摩擦力井壁摩擦力井壁摩擦力T T T T及刃脚下的反力及刃脚下的反力及刃脚下的反力及刃脚下的反力8.4.5 8.4.5 刃脚计算刃脚计算49n 刃脚外挠刃脚外挠8.4.5 8.4.5 刃脚计算刃脚计算计算刃脚下土的反力计算刃脚下土的反力R Rj j图图图图8.24 R8.24 R8.24 R8.24 Rj j j j作用点计算作用点计算作用点计算作用点计算R Rj j作用点计算法作用点计算法假定假定U U为三角形分布，则为三角形分布，则作用点在距离刃脚底面作用点在距离刃脚底面1/31/3高度处高度处50n 刃脚外挠刃脚外挠8.4.5 8.4.5 刃脚计算刃脚计算

32、计算刃脚自重计算刃脚自重刃脚外侧的摩擦力刃脚外侧的摩擦力计算作用在刃脚外侧的摩擦力的方法与计算井壁计算作用在刃脚外侧的摩擦力的方法与计算井壁侧面摩擦力侧面摩擦力T T的方法相同，取较大值，目的为使刃的方法相同，取较大值，目的为使刃脚弯矩为最大脚弯矩为最大51n 刃脚外挠刃脚外挠8.4.5 8.4.5 刃脚计算刃脚计算作用于刃脚上的水平外力的分配作用于刃脚上的水平外力的分配沉井刃脚一方面看做固着在刃脚根部的悬臂梁，又可看沉井刃脚一方面看做固着在刃脚根部的悬臂梁，又可看做一个封闭的水平框架做一个封闭的水平框架悬臂作用悬臂作用框架作用框架作用52n 刃脚外挠刃脚外挠8.4.5 8.4.5 刃脚计算刃

33、脚计算刃脚内侧竖直钢筋的确定刃脚内侧竖直钢筋的确定 求得刃脚上所有外力的求得刃脚上所有外力的大小、方向和作用点后，即大小、方向和作用点后，即可求算作用在刃脚根部截面可求算作用在刃脚根部截面上单位周长的轴向力上单位周长的轴向力F F、水平、水平剪力剪力V V以及对刃脚根部截面中以及对刃脚根部截面中心心O O点的力矩点的力矩M M。根据根据F F、V V、M M计算刃脚内计算刃脚内侧所需的数值钢筋。侧所需的数值钢筋。钢筋面积不小于根部总钢筋面积不小于根部总截面面积的截面面积的0.1%0.1%，布置钢筋，布置钢筋时应深入悬臂根部以上时应深入悬臂根部以上0.50.5l1 1图图图图8.22 8.22

34、8.22 8.22 刃脚受力图刃脚受力图刃脚受力图刃脚受力图53n 刃脚向内挠曲刃脚向内挠曲8.4.5 8.4.5 刃脚计算刃脚计算计算刃脚外壁的土压力和水压力。计算刃脚外壁的土压力和水压力。土压力和第一种情况相同。水压力土压力和第一种情况相同。水压力的计算，不排水下沉，井壁外侧水的计算，不排水下沉，井壁外侧水压力按压力按100%100%计算，井内水压力按计算，井内水压力按50%50%计算，也可按施工中的水头差计算，也可按施工中的水头差计算；排水下沉时，在不透水土中，计算；排水下沉时，在不透水土中，按静水压力的按静水压力的60%60%计算计算图图图图8.23 8.23 8.23 8.23 刃脚

35、向内挠曲刃脚向内挠曲刃脚向内挠曲刃脚向内挠曲因刃脚下的土已掏空，故因刃脚下的土已掏空，故R Rj j=0=0，U=0U=0刃脚上的侧面摩擦力与第一种情况相同，取较小值刃脚上的侧面摩擦力与第一种情况相同，取较小值刃脚自重计算、外侧竖向钢筋的计算和布置，同第一刃脚自重计算、外侧竖向钢筋的计算和布置，同第一种情况种情况54n 刃脚水平内力计算刃脚水平内力计算8.4.5 8.4.5 刃脚计算刃脚计算矩形沉井矩形沉井视为封闭的水平框架计算视为封闭的水平框架计算刃脚处于第二种不利情况下，刃脚受到最大水平剪力。刃脚处于第二种不利情况下，刃脚受到最大水平剪力。作用在刃脚上的外力与计算刃脚向内挠曲时一样，由作用

36、在刃脚上的外力与计算刃脚向内挠曲时一样，由于水平钢筋只分担作用在水平框架上的的荷载，采用于水平钢筋只分担作用在水平框架上的的荷载，采用分配系数分配系数cf作用在水平框架上的均布荷载作用在水平框架上的均布荷载p p等于作用在刃脚上的等于作用在刃脚上的水平外力乘以系数水平外力乘以系数cf55n 刃脚水平内力计算刃脚水平内力计算8.4.5 8.4.5 刃脚计算刃脚计算圆形沉井圆形沉井同一标高上的土压力，理论上应是同一标高上的土压力，理论上应是均匀的，但实际上由于倾斜、土质不均匀的，但实际上由于倾斜、土质不均匀等原因，会引起土压力不均匀分均匀等原因，会引起土压力不均匀分布。布。为计算方便，采用调整土的

37、内摩擦为计算方便，采用调整土的内摩擦角值来解决。角值来解决。井壁上互成井壁上互成9090的两点处的径向土的两点处的径向土压力位压力位p pA A和和p pB B，计算计算pA的内摩擦角采的内摩擦角采用用-（2.55），计算），计算pB的内摩擦角采的内摩擦角采用用+（2.55）图图图图8.26 8.26 8.26 8.26 圆形井壁上压力的调整圆形井壁上压力的调整圆形井壁上压力的调整圆形井壁上压力的调整56作用在作用在A A、B B截面上的内力为截面上的内力为57n 刃脚水平内力计算刃脚水平内力计算8.4.5 8.4.5 刃脚计算刃脚计算圆形沉井刃脚的环向拉力计算圆形沉井刃脚的环向拉力计算沉井下

38、沉途中，由于刃脚内侧的土反力的作用，使圆沉井下沉途中，由于刃脚内侧的土反力的作用，使圆形沉井的刃脚产生环向拉力形沉井的刃脚产生环向拉力N N，其值为，其值为58n 井壁水平内力计算井壁水平内力计算8.4.6 8.4.6 沉井井壁计算沉井井壁计算 井壁水平外力沿深度变化，井壁水平内力应分井壁水平外力沿深度变化，井壁水平内力应分段计算，计算水平内力时，最不利位置是沉井下沉段计算，计算水平内力时，最不利位置是沉井下沉到设计标高，且刃脚挖空时，把井壁看做框架，计到设计标高，且刃脚挖空时，把井壁看做框架，计算各分段的内力及水平钢筋算各分段的内力及水平钢筋59n 井壁水平内力计算井壁水平内力计算8.4.6

39、 8.4.6 沉井井壁计算沉井井壁计算位于刃脚根部以上高度等于井壁厚度的一段井壁位于刃脚根部以上高度等于井壁厚度的一段井壁施工阶段的水平荷载有：自身的水平荷载，刃脚传施工阶段的水平荷载有：自身的水平荷载，刃脚传递的水平剪力，其值等于作用在悬臂梁上的水平外递的水平剪力，其值等于作用在悬臂梁上的水平外力乘以分配系数力乘以分配系数c cb b作用在此段井壁上的均布荷载为：作用在此段井壁上的均布荷载为：其余各段其余各段按断面变化为准，将井壁分为数段，取每一段中控按断面变化为准，将井壁分为数段，取每一段中控制设计的井壁进行计算。作用在框架的水平荷载为制设计的井壁进行计算。作用在框架的水平荷载为60n 井

40、壁垂直受拉计算井壁垂直受拉计算8.4.6 8.4.6 沉井井壁计算沉井井壁计算井壁受拉的最不利情况为沉井达到设计标高井壁受拉的最不利情况为沉井达到设计标高此时，上部井壁被土夹住，刃脚下的土已挖空，此时，上部井壁被土夹住，刃脚下的土已挖空，沉井好像挂在土中，在井壁内将出现较大的拉力，沉井好像挂在土中，在井壁内将出现较大的拉力，使井壁有拉断的危险。使井壁有拉断的危险。作用在井壁的侧面摩阻力，按沉井可能被夹住的作用在井壁的侧面摩阻力，按沉井可能被夹住的不利位置，此时假设井壁摩阻力沿深度成倒三角形不利位置，此时假设井壁摩阻力沿深度成倒三角形分布分布61n 井壁垂直受拉计算井壁垂直受拉计算8.4.6 8

41、.4.6 沉井井壁计算沉井井壁计算等截面井壁等截面井壁根据自重和倒三角形分布的摩阻力相等，推得根据自重和倒三角形分布的摩阻力相等，推得x x处的处的井壁摩阻力井壁摩阻力图图图图8.27 8.27 8.27 8.27 等截面井壁受拉计算等截面井壁受拉计算等截面井壁受拉计算等截面井壁受拉计算x x处的拉力为处的拉力为对上式求导，求得最大拉力位置为对上式求导，求得最大拉力位置为x/2x/2，最大拉力为，最大拉力为G G0 0/4/462n 井壁垂直受拉计算井壁垂直受拉计算8.4.6 8.4.6 沉井井壁计算沉井井壁计算非等截面井壁非等截面井壁图图图图8.27 8.27 8.27 8.27 非等截面井

42、壁受拉计算非等截面井壁受拉计算非等截面井壁受拉计算非等截面井壁受拉计算沉井上部侧摩阻力为沉井上部侧摩阻力为井壁井壁x x处的拉应力为处的拉应力为任意高度上的摩阻力为任意高度上的摩阻力为63n 沉井封底混凝土计算沉井封底混凝土计算8.4.7 8.4.7 沉井封底砼计算沉井封底砼计算在施工抽水时，封底砼承受基底水和土的向上反在施工抽水时，封底砼承受基底水和土的向上反力，此时若砼的龄期不足，应考虑砼的强度折减力，此时若砼的龄期不足，应考虑砼的强度折减沉井井孔用砼填实时，封底砼应承受基础设计的沉井井孔用砼填实时，封底砼应承受基础设计的最大基底反力，并可计入孔内其他填充物作用在封最大基底反力，并可计入孔

43、内其他填充物作用在封底砼的重量底砼的重量64n 沉井抗浮验算沉井抗浮验算8.4.8 8.4.8 沉井抗浮验算沉井抗浮验算 抗浮稳定系数抗浮稳定系数:当沉井下沉到设计标高，砼封底并做好钢筋当沉井下沉到设计标高，砼封底并做好钢筋砼顶板、抽除井内积水后，而内部结构及设备尚未安装，井外砼顶板、抽除井内积水后，而内部结构及设备尚未安装，井外地下水位达最高时，应考虑沉井的抗浮稳定，即要求地下水位达最高时，应考虑沉井的抗浮稳定，即要求K2：G沉井结构的自重；沉井结构的自重；P水对沉井的浮力，等于地下水位以下沉井排开同体积的水重水对沉井的浮力，等于地下水位以下沉井排开同体积的水重65n 沉井井壁上的土压力计算

44、沉井井壁上的土压力计算8.5 8.5 对沉井基础设计理论的讨论对沉井基础设计理论的讨论目前沉井土压力计算多采用朗肯（目前沉井土压力计算多采用朗肯（RankineRankine）及库伦）及库伦（CoulombCoulomb）土压力理论。）土压力理论。由于沉井结构的刚度较大，井筒的截面尺寸一般不很大，由于沉井结构的刚度较大，井筒的截面尺寸一般不很大，通常处于空间受力状态，故用平面问题进行土压力的计通常处于空间受力状态，故用平面问题进行土压力的计算不尽合理。算不尽合理。当深度较大时，误差更明显当深度较大时，误差更明显虽有一些考虑空间问题因素的沉井土压力计算方法，但虽有一些考虑空间问题因素的沉井土压力

45、计算方法，但较复杂，不宜使用较复杂，不宜使用66n 沉偏时土压力的轴向分布沉偏时土压力的轴向分布8.5 8.5 对沉井基础设计理论的讨论对沉井基础设计理论的讨论传统的土压力理论计算土压力，考虑沉偏时沉井周围土传统的土压力理论计算土压力，考虑沉偏时沉井周围土压力分布时，现行的方法是对圆形沉井，采用调整土内压力分布时，现行的方法是对圆形沉井，采用调整土内摩擦角法，矩形沉井按均布考虑。摩擦角法，矩形沉井按均布考虑。实际沉偏时，沉井在偏斜方向两端点处的土压力状态及实际沉偏时，沉井在偏斜方向两端点处的土压力状态及量值不同，且与沉井的平面尺寸，深度及纠偏方法等有量值不同，且与沉井的平面尺寸，深度及纠偏方法

46、等有关。关。调整内摩擦角的做法本身随意性很大，且其依据是否充调整内摩擦角的做法本身随意性很大，且其依据是否充分，到底能否放映上述因素，尚不清楚。分，到底能否放映上述因素，尚不清楚。67n 考虑压力的重液法考虑压力的重液法8.5 8.5 对沉井基础设计理论的讨论对沉井基础设计理论的讨论鉴于沉井土压力机理尚缺乏研究，传统土压力理论鉴于沉井土压力机理尚缺乏研究，传统土压力理论计算很粗略，与实际出入很大计算很粗略，与实际出入很大为简化计算，可近似的将水和土视为水土混合重液，为简化计算，可近似的将水和土视为水土混合重液，按重液静压力施加于沉井井壁，即重液法按重液静压力施加于沉井井壁，即重液法重液法简单易

47、行，具有一定使用价值，在国内外均重液法简单易行，具有一定使用价值，在国内外均有应用有应用68n 沉井底面土层的承载力沉井底面土层的承载力8.5 8.5 对沉井基础设计理论的讨论对沉井基础设计理论的讨论沉井底面尺寸较大，进行足尺试验测定沉井底面土沉井底面尺寸较大，进行足尺试验测定沉井底面土层承载力是十分困难甚至是不可能的层承载力是十分困难甚至是不可能的估算沉井竖向承载力值时，需确定沉井底面土层承估算沉井竖向承载力值时，需确定沉井底面土层承载力特征值载力特征值通常按浅基础作用下的地基承载力做深、宽度修正通常按浅基础作用下的地基承载力做深、宽度修正后用于计算后用于计算实际上由于深井深度大，沉井底面处

48、土层的承载力实际上由于深井深度大，沉井底面处土层的承载力属于深基础承载力课题属于深基础承载力课题69n 墩基础的类型墩基础的类型8.6 8.6 墩基础的类型与特点墩基础的类型与特点 按墩的受力情况分类按墩的受力情况分类 墩基础主要承受上部结构传递来的竖向压力及水平墩基础主要承受上部结构传递来的竖向压力及水平力，较少用于抗拔情况力，较少用于抗拔情况按传递上部荷载的方式，分为按传递上部荷载的方式，分为摩擦墩摩擦墩与与端承墩端承墩两类两类墩以承受水平荷载为主时，称墩以承受水平荷载为主时，称水平受力墩水平受力墩图图8.28 墩按受力情况分类墩按受力情况分类摩擦墩摩擦墩端承墩端承墩水平受力墩水平受力墩7

49、0n 墩基础的类型墩基础的类型8.6 8.6 墩基础的类型与特点墩基础的类型与特点 按墩体形状分类（轴向截面、墩底）按墩体形状分类（轴向截面、墩底）墩轴向截面形状墩轴向截面形状柱形墩柱形墩：截面尺寸及形状不随深度变化、形状简单、施：截面尺寸及形状不随深度变化、形状简单、施工方便、设计计算较简单工方便、设计计算较简单锥形墩锥形墩：截面形状随深度不变而尺寸随深度线性变化、：截面形状随深度不变而尺寸随深度线性变化、受力状态较好、成孔施工较复杂受力状态较好、成孔施工较复杂齿形墩齿形墩：沿墩身设置倒置的台阶，故可加大墩的侧壁摩：沿墩身设置倒置的台阶，故可加大墩的侧壁摩阻力，适用于墩侧面有较厚黏性土层的情

50、况。阻力，适用于墩侧面有较厚黏性土层的情况。图图8.29 墩按竖向断面形式分类墩按竖向断面形式分类柱形墩柱形墩锥形墩锥形墩齿形墩齿形墩71n 墩基础的类型墩基础的类型8.6 8.6 墩基础的类型与特点墩基础的类型与特点 按墩体形状分类按墩体形状分类（竖向截面形状、墩底）墩底形状墩底形状（取决于墩底基岩的承载能力及墩底荷载水平）直底墩直底墩：用于墩底为坚硬土层或岩层：用于墩底为坚硬土层或岩层扩底墩扩底墩：为使墩承担更大的荷载：为使墩承担更大的荷载嵌底墩嵌底墩：当墩底支撑于岩层上，为使墩底牢固，防止水：当墩底支撑于岩层上，为使墩底牢固，防止水平荷载导致墩底滑动而将墩端部嵌入岩层平荷载导致墩底滑动而